Мелодичный автомат с полифоническим звучанием

Аннотация. Автомат, рассмотренный в данной статье, обладает очень приятным мелодичным звучанием, благодаря микшированию двух тональных частот. Реализация воспроизведения последовательности тональных частот на основе генератора случайных чисел обеспечивает получение большого многообразия уникальных музыкальных фрагментов.

Общие сведения. Существует большое многообразие различных музыкальных автоматов: имитаторы пения птиц, электронные звонки, музыкальные шкатулки, генераторы спецэффектов. Но все данные автоматы объединяет большой недостаток — одна и та же мелодия со временем надоедает. Подобного недостатка лишён мелодичный автомат на основе генератора случайных чисел. Принцип работы такого устройства основан на том, что результирующий выходной сигнал получается микшированием двух тональных сигналов определённых частот, которые в свою очередь получаются делением частот опорных генераторов тона в целое число раз. Коэффициенты деления выбираются случайным образом, благодаря генератору случайных чисел. На слух последовательное воспроизведение подобных сигналов является гармоничным, поскольку тона мелодии являются целочисленными производными фиксированных опорных частот.

Прототипом данной конструкции послужил мелодичный автомат на основе генератора случайных чисел, в своё время найденный в Интернете. Принципиальным отличием данной конструкции является формирование двух тональных частот, которые после микширования образуют выходной сигнал с полифоническим звучанием.

Схема электрическая принципиальная. Схема электрическая показана на рис.1.

Автомат содержит четыре независимых генератора прямоугольных импульсов. На логических элементах DD2.1 и DD2.2 собран тактовый генератор, определяющий темп исполнения мелодии. Сигнал с выхода этого генератора через дифференцирующую цепочку C6-R6 управляет ключевым элементом DD2.3 и стробирует буферный регистр DD7. Генератор на элементах DD1.3 и DD1.4 стробирует регистры DD4.1 и DD4.2, входящие в состав генератора случайных чисел. Также в его состав входят элементы «исключающее ИЛИ» DD1.1 и DD1.2. Цепь запуска выполнена на элементах C1 и R1. При включении питания на резисторе R1 образуется скачок положительного напряжения — уровень лог.1, который выводит регистр из нулевого состояния. Элемент «исключающее ИЛИ» при нулевом потенциале одного из его входов является повторителем состояния другого входа. Следовательно, если при включении питания все разряды регистра будут находиться в нулевом состоянии, то элементы DD1.1 и DD1.2 повторяют уровень лог.1, сформированный на резисторе R1. Тогда в первые разряды будет записана логическая единица. После заряда конденсатора C1 на резисторе R1 устанавливается нулевой потенциал и элемент DD1.1 станет повторителем логического состояния выхода регистра и влиять на работу формирователя не будет.

Таким образом, на выходах регистров DD4.1 и DD4.2 формируются псевдослучайные двоичные комбинации, которые по фронту импульса на входе синхронизации «С» (вывод 11) записываются в буферный регистр DD7. Двоичные комбинации с выходов регистра DD7 поступают на входы предварительной установки счётчиков DD5, DD6 и определяют коэффициенты деления этими счётчиками частот опорных тональных генераторов, собранных на логических элементах DD3.1, DD3.2 и DD3.3, DD3.4. Импульсы опорных тональных генераторов поступают на реверсивные входы (выводы 4) счётчиков DD5 и DD6 и начинают вычитаться из чисел, поступивших на их входы предустановки в двоичном коде с выходов буферного регистра.

В какой-то момент времени счётчики DD5 и DD6 обнуляются и на их выходах переноса «<=0» (выводы 13) появляются уровни лог.0, которые поступают на соответствующие входы предустановки «PE» (выводы 11) и разрешают запись информации с информационных D-входов в собственные двоичные разряды. А это и есть не что иное, как случайные коды, сформированные генератором случайных чисел. Из них вновь будут вычитаться частоты опорных тональных генераторов.

Таким образом, на выходах счётчиков DD5 и DD6 будут появляться импульсы опорных тональных генераторов, делённые в определённое целое (но случайное) число раз. Но микшировать и подавать такие сигналы на усилитель звуковой частоты ещё рано, так как на сигналы на выходах счётчиков имеют очень маленький коэффициент заполнения (большую скважность). Поэтому сигналы с выходов счётчиков поступают на «симметрирующие» триггеры DD8.1 и DD8.2, формирующие «меандр». Теперь уже сигналы необходимой формы, пригодные для микширования, поступают на логический элемент DD2.4, а с его выхода — на усилитель на транзисторе VT1, после чего воспроизводятся динамической головкой BA1.

Конструкция и детали. Автомат собран на печатной плате размером 70x100 мм из двустороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1 мм (рис.2).

В устройстве использованы постоянные резисторы типа МЛТ-0,125, подстроечные — СП3-38б в горизонтальном исполнении, конденсаторы оксидные К50-35 или импортные, керамические — К10-17. ИМС серии К561 заменимы на импортные аналоги серий CD4000AN или CD4000BN. Все ИМС серии КР1564 заменимы на соответствующие аналоги серии КР1554 или импортные серий 74HCxx или 74ACxx. Для питания автомата на плате установлен интегральный стабилизатор типа L7805 (на схеме не показан) с двумя фильтрующими конденсаторами номиналом 220мкФx16В. Питание осуществляется от стабилизированного источника питания постоянного тока напряжением 9…15 В с минимально допустимым током нагрузки не менее 100 мА. В налаживании автомат практически не нуждается, за исключением выбора желаемого темпа воспроизведения мелодии подстроечным резистором R3 и опорных частот задающих генераторов резисторами R4 и R5.

Отзывы и вопросы по усовершенствованию данного устройства читатели могут направлять в комментарии или через личные сообщения на сайте.